FR2492212A1 - Procede et dispositifs pour transferer des charges electriques de signes differents dans une zone d'espace et application aux eliminateurs d'electricite statique - Google Patents

Abstract

DANS UNE TUYERE SUPERSONIQUE 122, ON DETEND UN COURANT D'AIR COMPRIME CHARGE D'HUMIDITE POUR PRODUIRE UN AEROSOL DE MICROPARTICULES DE GLACE. UNE DECHARGE CORONA EST ENTRETENUE AU COL 124 DE LA TUYERE 122 PAR UNE ELECTRODE EFFILEE 126, DES MOYENS D'ALIMENTATION 64 SOUS UNE HAUTE TENSION ALTERNATIVE ETANT PREVUS ENTRE L'ELECTRODE 126 ET LE CORPS DE LA TUYERE 122. LES IONS ALTERNATIVEMENT POSITIFS ET NEGATIFS PRODUITS PAR LA DECHARGE SONT PIEGES PAR LES MICROPARTICULES DE GLACE ET EJECTES PAR UNE BUSE A L'AVANT DE LA TUYERE 122 HORS DE L'ENCEINTE EN DIRECTION D'UNE ZONE D'ESPACE DONT ON VEUT ELEVER LA CONCENTRATION EN CHARGES DE SIGNES DIFFERENTS. DE PREFERENCE, LES MOYENS D'ALIMENTATION ELECTRIQUE COMPRENNENT UN CONDENSATEUR C 130 DANS LE CIRCUIT DE L'ELECTRODE-AIGUILLE 126 ET UN ANNEAU DE GARDE 132 CONDUCTEUR EST NOYE DANS LE CORPS DE LA TUYERE 122 DERRIERE LA SURFACE ISOLANTE DE CELLE-CI. ON OBTIENT AINSI DES FLUX GLOBALEMENT EQUILIBRES DE PARTICULES POSITIVES ET NEGATIVES A LA SORTIE DE LA TUYERE. APPLICATION A L'ELIMINATION DE CHARGES STATIQUES DE CORPS ELECTRISES.

Description

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La présente invention concerne les techniques qui per-

mettent de modifier la charge électrique d'une zone d'es-

pace.

On connait des procédés pour créer une charge électri-

que de signe déterminé dans une zone d'espace, en y favo- risant une concentration d'ions du même signe. On sait également que dans certaines situations, au lieu de chercher à charger une zone d'espace selon une polarité déterminée, il est utile d'élever son degré d'ionisation mais non sa charge globale en augmentant simultanément sa concentration

en charges positives et négatives.

L'élimination de l'électricité statique accumulée sur un corps électrisé représente un cas d'application de cette dernière technique. En effet, lorsqu'un tel corps est plongé dans un milieu contenant des charges positives et négatives, le champ électrique créé par ce corps attire les charges électriques de polarité contraire qui viennent neutraliser les charges accumulées sur le corps et repousse les charges

de même polarité que le corps électrisé.

Le problème de l'élimination des charges électrostati-

ques revêt une grande importance dans divers do m a i n e s.

De nombreux corps ont en effet tendance à accumuler des

charges électriques positives ou négatives, soit par influen-

ce, lorsqu'ils sont disposés dans un champ électrique, soit sous l'effet des frottements mécaniques qui s'exercent entre

surfaces de nature différente. Lorsque ces corps sont iso-

lants, ou lorsqu'ils sont conducteurs mais non reliés à la terre, les charges tendent à s'accumuler sur ces corps pour les porter à des potentiels qui peuvent atteindre parfois des valeurs extrêmement élevées. Ces phénomènes d'électrisation sont responsables d'un certain nombre de dommages qui peuvent être d'ordre mécanique, effets de collage par exemple, ou d'ordre électrique, tels que les risques de choc électrique pour le personnel manipulant les corps électrisés ou bien risques d'étincelle suivie d'explosion dans des milieux inflammables, l'apparition

d'effluves voilant les pellicules photographiques, etc...

Divers types de dispositifs éliminateurs de charges électriques fondés sur le principe d'une combinaison de charges d'un milieu environnant le corps avec les charges

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de signe opposé accumulées sur celui-ci ont déjà été proposes

et utilisés.

Parmi ces dispositifs, on peut citer les éliminateurs radioactifs qui mettent en oeuvre les propriétés ionisantes des radiations alpha et beta pour ioniser légèrement l'air environnant un corps à décharger. L'efficacité de ces dispositifs est faible en raison du degré d'ionisation peu élevé que l'on peut espérer atteindre sans faire appel à des sources radioactives puissantes (plusieurs dizaines O10 de millicuries) dont les dangers potentiels, tant en ce qui concerne les risques d'irradiation du personnel que ceux de dissémination accidentelle de la matière radioactive,

ne sont pas acceptables dans de nombreuses applications.

Il existe également des éliminateurs à effet couronne du type inductif qui sont constitués par un ou plusieurs fils conducteurs au potentiel de la terre et garnis de pointes que l'on dispose à proximité des corps électrisés à décharger. La forte valeur du champ électrique à proximité des pointes favorise le transfert de charges entre le corps

électrisé et l'éliminateur.

D'autres éliminateurs à effet couronne mettent en jeu une source électrique à haute tension qui crée un champ Électrique intense au voisinage d'une ou plusieurs pointes plongée(s) dans un milieu gazeux afin d'y provoquer la formation d'une décharge en couronne, appelée décharge corona, génératrice d'ions. La haute tension produite est alternative de façon à produire alternativement des ions positifs et négatifs dans le milieu environnant le corps électrisé à neutraliser. On a constaté cependant que même ces éliminateurs à

effet cour o nne so u f f r a i e n t d ' ins u f f i-

sances,et dans certains cas, pouvaient présenter des dangers.

En particulier, on a reconnu que les dispositifs uti-

lisés jusqu'à présent ne fonctionnent efficacement que lors-

qu'ils sont disposés à proximité iimimjdiate du corps à dé-

charger. A défaut, les ions formés tendent à se recombiner, en raison de leur grande mobilité avant d'avoir pu entrer en contact avec ce corps et ceci d'autant plus rapidement cue le niveau d'ionisation que l"on cherche à créer autour du corps

est élevé. On a en outre c o n s t a t é q u e 1 a n e u -

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tralisation était souvent imparfaite ou même que, dans certains cas, le corps tendait à acquérir une charge de signe contraire à celle qu'il avait avant la mise en oeuvre

de l'éliminateur.

Par ailleurs, l'utilisation de ce type d'éliminateur est à proscrire dans les milieux inflammables ou explosifs car les décharges en couronne peuvent donner naissance à des étincelles propres à provoquer alors l'ignition du

milieu dans lesquelles elles ont lieu.

Enfin, on sait que les décharges corona dans l'air s'accompagnent de la formation d'ozone, gaz très oxydant, susceptible de détériorer certains matériaux ou de présenter des effets nocifs pour les personnes. Ce phénomène fait parfois o b- s t a c 1 e à l'application des éliminateurs de décharge

à effet couronne.

L'invention a pour objet de fournir un moyen de modifier

la concentration d'une zone d'espace simultanément en char-

ges électriques positives et négatives, qui permette, notam-

ment lorsqu'il est appliqué à l'atmosphère environnant un

corps électrisé, de neutraliser efficacement ce dernier.

Un procédé pour élever la concentration en charges électriques d'une zone d'espace, mettant en oeuvre une décharge en couronne de polarité alternativement positive

et négative dans un milieu gazeux est caractérisé, confor-

mément à l'invention, en ce qu'on provoque la formation de la décharge en couronne à l'intérieur d'une enceinte dans laquelle on établit un courant de microparticules non gazeuses chargées électriquement par condensation d'une vapeur sur les ions respectivement positifs ou négatifs

produits par cette décharge, et on éjecte les microparticu-

les ainsi chargées hors de ladite enceinte en direction

de ladite zone d'espace pour y transférer les ions-corres-

pondants. Lorsque le milieu gazeux est constitué d'un gaz comprimé chargé d'une substance propre à changer de phase sous l'effet du refroidissement occasionné par une détente, les ions produits par la décharge en couronne constituent des noyaux sur lesquels se forment les microparticules non gazeuses. Les ions sont ainsi piégés par le courant de mic roparticules e t i-l s s o n t. e n s u i t e l i b é r é s

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par un changement de phase des microparticules pour former

la charge de la zone d'espace.

On a constaté que, grâce à la vitesse acquise par les microparticules, il était possible de charger une zone d'espace à une distance relativement importante de l'en-

ceinte à l'intérieur de laquelle sont créés les ions trans-

férés. Cette caractéristique est notamment intéressante lorsque cette zone d ' e s p a c e est relativement difficile d'accès, par exemple dans le cas o des matières pulvérulentes électrisées sont manipulées au cours d'un p r o c e s s u s industriel. En outre, on peut appliquer le procédé à l'élimination d'électricité statique dans des atmosphères inflammables ou explosibles. Si les particules chargées sont éjectées par une buse en dehors de l'enceinte dans laquelle elles sont formées, on peut éviter e n e f f e t tout contact entre l'atmosphère extérieure et l'intérieur

de l'enceinte en raison du c a-r- a c t è r e u n i d i r e c -

tionnel du courant de microparticules et de sa vitesse relati-

vement élevée dans la buse.

Par ailleurs, la mobilité d e mi c r o.p a r t i c u 1 e s non gazeuses, mdme de dimensions très faibles, est toujours très inférieure en pratique à celle des ions qui peuvent être engendrés par la décharge corona. Il en résulte que la probabilité d'interaction et de recombinaison des charges sous l'effet de la diffusion desdites microparticules est beaucoup plus faible que dans le cas des ions libres. Ce phénomène explique que l'on puisse obtenir des concentrations de charges simultanément positives et négatives très élevées d a n s u n e z o n e d'espace. Il explique également que

l'on parvienne à transférer des ions à des distances relative-

ment considérables de l'enceinte oï ces derniers prennent naissance sans que les recombinaisons de charges au cours

du transfert deviennent exéessives.

On a constaté qu'on obtenait des concentrations impor-

tantes de charges de signes opposés à des distances élevées de l'enceinte et avec une efficacité importante en utilisant

comme gaz comprimé de l'air chargé d'humidité, même faible-

ment. Il est, en outre, remarquable que ce mode de réalisa-

tion ne s'accompagne pas de transfert notable d'ozone dams

la direction de la zone d'espace à traiter.

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Lorsqu'une décharge corona est établie dans un milieu gazeux par une source électrique haute tension alternative, le rendement de la production en ions positifs et en ions négatifs au cours de chaque alternance ne sont en général pas égaux.

On a observé qu'il était possible, conformément à une ca-

ractéristique avantageuse de 1' invention, de d é t e c t e r un déséquilibre entre le courant de charges positives et le courant de charges négatives hors de l'enceinte, et d'utiliser cette détection pour modifier la tension de charge et compenser ce déséquilibre. On parvient ainsi à obtenir un niveau de charge globalement nul dans le

courant injecté vers la zone d'espace intéressée.

Selon un autre aspect de l'invention, un générateur de charges électriques de signes différents dans une zone d'espace, du type comportant une première et une deuxième électrode disposées dans une enceinte et entre lesquelles une différence de potentiel peut être établie pour provoquer une décharge par effet couronne dans un milieu gazeux, et des moyens propres à détendre entre la première et la deuxième électrode un gaz comprimé chargé d'une substance capable de se condenser sous l'effet d'un refroidissement occasionné par la détente pour former un aérosol de microparticules,

est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'alimen-

tation pour établir une tension alternative entre ces

électrodes en vue de provoquer la formation quasi-

simultanée d'ions positifs et négatifs propres à être piégés par des microparticules respectives pour être

évacués hors de l'enceinte.

Le générateur peut comprendre une buse pour faciliter l'éjection du gaz détendu à la sortie de cette enceinte en entraînant lesdites microparticules chargées vers la zone d'espace. Selon une caractéristique préférée, les moyens pour établir la tension alternative entre les première et deuxième électrodes comprennent des moyens propres à empêcher la formation d'une composante continue du courant électrique constitué par les charges entraînées hors de l'enceinte. Lesdits moyens peuvent avantageusement comporter

un condensateur branché entre une source de tension alterna-

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tive et une pointe conductrice constituant la première électrode. Il est en outre particulièrement avantageux de disposer la deuxième électrode à l'intérieur du corps d'une tuyère supersonique qui provoque la détente du courant gazeux dans

l'enceinte, la surface interne de cette tuyère étant iso-

lante. On évite ainsi la circulation d'un courant de charges entre cette première et cette deuxième électrode tout en permettant l'établissement du champ électrique nécessaire

à la formation de la décharge en couronne dans la tuyère.

L'invention a également pour objet un générateur de charges électriques de polarités difféerentes dans une zone d'espace,du type comprenant une enceinte propre à recevoir un courant de gaz sous pression, une tuyère dans cette enceinte pour détendre ce gaz, des moyens à la sortie de cette tuyère pour éjecter le gaz détendu hors de l'enceinte, une électrode effilée dont la pointe est située au voisinage du col de la tuyère, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens propres à raccorder électriquement cette électrode effilée et le corps de la tuyère à une source de tension

alternative pour produire dans le gaz une décharge par -

efe-et couronne entre ladite électrode et la tuyère et en ce que la surface de ladite tuyère à l'intérieur de l'enceinte

est électriquement isolante.

L'invention a également pour objet l'application du procédé et des dispositifs qui viennent d'être définis à

l'élimination de l'électricité statique des corps électrisés.

La description qui suit est donnée à titre d'exemple,

en référence aux dessins annexes, dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe lorngitudinale d'un générateur ou injecteur de charges électriques de signes opposes dans une zone d'espace; - la figure 2 illustre schématiquement le fonctionnement

de l'injecteur de la figure 1 utilisé pour éeer la concen-

tration en charges électriques de signes différents d'une zone d'espace; la figure 3 représente une forme de réalisation préférée du montage électrique d'un injecteur du type de

la figure 1 utilisé comme éliminateur de charges d'élec-

tricité statique;

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- la figure 4 représente une deuxième forme possible du montage électrique d'un injecteur;

- la figure 5 représente une première variante de réali-

sation du montage électrique d'un injecteur utilisé comme éliminateur d'électricité statique;

- la figure 6 représente une deuxième variante de réali-

sation du montage électrique;

- la figure 7 représente une troisième variante de réali-

sation; et - la figure 8 représente une autre variante du montage électrique.

Un mode de réalisation d'un injecteur de charges élec-

triques (figure 1) comprend un corps tubulaire allongé isolant 10 fermé à une extrémité 12 et prolongé à son autre extrémité 14 par un corps de révolution 16 dont le profil interne définit une tuyère 18 comportant une partie rétrécie 20, suivie d'un col 22, puis d'un divergent 24,

lorsqu'on s'éloigne de l'extrémité 14 du corps tubulaire 10.

Le divergent débouche, par un orifice 26 ménagé dans la face antérieure 28 du corps de tuyère 16, dans un tube 30 coaxial à la tuyère 18, dont l'extrémité forme une buse d'éjection

32 vers l'extérieur en direction d'une zone d'espace.

A l'intérieur du corps 10 est fixée par une monture étoilée isolante 45, raccordée à la paroi interne du corps cylindrique 10, une aiguille 46 en un matériau conducteur centrée sur l'axe du tube 10 et comportant une pointe 48 au

col 22 de la tuyère 18. L'extrémité postérieure 49 de l'ai-

guille 46 est reliée électriquement à un conducteur 50 qui

traverse la paroi d'extrémité 12 du corps 10 par une tra-

versée isolante 52. Dans la paroi latérale postérieure du corps 10 débouche une canalisation 55 d'amenée d'air comprimé

dans le sens. de la flèche 56.

Le corps 10 est constitué en un matériau isolant comme le capuchon 34. Dans cet exemple, le corps de tuyère 16 est

conducteur et relié électriquement à la masse par un conduc-

teur 60, le câble 50 étant relié à une extrémité 67 d'un enroulement secondaire haute tension 62 d'un transformateur 64 alimenté à son primaire 66 par la tension alternative du secteur à 220 v. L'autre extrémité 68 de l'enroulement 62

est raccordée à la masse.

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La canalisation 55 est raccordée à un compresseur non représenté alimenté en air humide pour injecter, dans le sens de la flèche 56, à l'intérieur du corps d'injecteur 10, un air comprimé' humide qui pénètre dans le corps de tuyère 16 et commende à se détendre au niveau du rétrécissement 20 o il est accéléré en se refroidissant. A partir du col 22, il acquiert une vitesse supersonique sous l'effet de l'accélération qui lui est impartie par le divergent 24 de la tuyère puis pénètre dans le tube 30 pour être éjecté par la buse 32 hors de l'enceinte formée par l'intérieur du

tube 10 de la tuyère 18 et du tube 30.

L'enroulement haute tension 62 applique une tension al-

ternative de plusieurs milliers de volts, par exemple 20 kV entre la pointe 48 de l'aiguille 46 et la tuyère 16, cette

tension étant suffisante pour permettre à une décharge coro-

na alternative de s'établir au col de cette tuyère. Cette décharge se produit dans le courant d'air en cours de détente dans l'espace étroit qui sépare la pointe 48 du col de la

tuyère 22 o règne un champ électrique extrêmement élevé.

Pendant les alternances positives, il se forme une charge d'espace composée d'ions gazeux positifs à la périphérie

de la zone de décharge corona, tandis que pendant les alter-

nances négatives se forment des ions gazeux négatifs créant

une charge d'espace négative autour de cette zone de décharge.

L'air comprimé admis dans la tubulure 55 est sursaturé en vapeur d'eau qui commence à se condenser, dès que l'air

atteint le convergent 20 de la tuyère, sous forme de micro-

gouttelettes, les ions gazeux formés au voisinage de la

pointe 48 formant un noyau de condensation pour ces goutte-

lettes. Sous l'effet du refroidissement qui accompagne la détente à travers la tuyère, ces microgouttelettes se cristallisent eni microparticules de glace de très faible diamètre (environ 100 A de diamètre), la température de l'air détendu dans le divergent pouvant s'abaisser jusqu'à -90 Celsius. Les fines particules d'aérosol chargées alternativement positivement et négativement sont entraînées par le courant gazeux à très grande vitesse à l'intérieur du tube 30 et projetées dans la zone d'espace en regard de

la buse 32, comme il sera expliqué ci-après.

Un débit d'air convenable pour un tel dispositif propre

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à "tre utilisé comme un éliminateur de particules d'électricité statique peut être d'environ 20 m3 par heure, mesuré dans les conditions normales de température et de pression, et la pression correspondante dans l'enceinte d'environ 5 bars. La vitesse d'éjection des charges à l'intérieur du tube 30 est d'environ 300 m/s. L'air comprimé humide admis dans la tubulure 55 peut entre obtenu à partir

d'air ambiant pourvu que son degré hygrométrique soit supé-

rieur à environ 10%/. Pour le cas o l'air ambiant est très

sec, un humidificateur est prévu à l'entrée du compresseur.

On a trouvé que le degré hygrométrique indiqué correspondait à une densité de microparticules de glace au niveau du col de la tuyère largement suffisante pour venir piéger la

quasi totalité des ions formés par la décharge.

Les rendements en particules ionisées de la décharge corona positive et de la décharge corona négative ne sont pas en général les mdmes pour une valeur donnée de la tension d'alimentation au secondaire 62. En pratique, la quantité de charges de chaque signe produite et le courant résultant de l'entraînement de ces charges à travers le tube 30 dépendent d'un nombre de facteurs élevé parmi lesquels

l'état de la pointe 48, la pression et le degré hygrométri-

que de l'air utilisé, la valeur de la tension appliquée.

Les microparticules de glace entraînées à travers le tube 30 échappent à l'action du champ électrique régnant

à l'intérieur de l'injecteur grâce à leur très faible mobi-

lité et la grande vitesse de l'écoulement gazeux. Ces charges, après avoir quitté la buse 32 s'en éloignent pour n'être récupérées qu'à distance relativement élevée par un corps relié à la masse ou la terre après qu'elles sont libérées comme il sera expliqué ci-après. Le tube 30 est constitué en un matériau semi-conducteur possédant une très forte résistivité. Cette caractéristique permet d'éviter l'accumulation le long de ce tube de charges résiduelles déposées par le courant de particules au cours de son trajet vers l'orifice 32. Une telle accumulation pourrait en effet donner naissance à des décharges glissantes le long de la paroi interne du tube 30 avec une perte sensible du courant

de particules parvenant à l'extérieur de la buse.

La mobilité des microparticules est de plusieurs ordres !o

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de grandeurs inférieure à celle des ions gazeux. Grâce

à cette plus faible mobilité, la probabilité de recombi-

naison de charges de signes contraires, à proximité de la pointe émissive o la concentration en particules chargées est la plus importante, est beaucoup plus faible que dans le cas d'une décharge corona sans détente dans l'air. Un injecteur 80 (figure 2) est très schématiquement représenté avec sa tuyère 82 et une buse de sortie 84 d'ou

jaillit à grande vitesse un jet 86 d'air et de micro-

cristaux de glace chargés qui tend à devenir de plus en plus turbulent au fur et à mesure qu'il s'éloigne de cette

tuyère 86 vers la zone d'espace 90 située en aval. A quel-

ques dizaines de centimètres en aval, les microparticules

de glace commencent à s'évaporer dans une zone intermé-

diaire 88 en libérant les ions gazeux qu'elles avaient préalablement piégés. En pratique, on a constaté que l'on pouvait obtenir par ce procédé des concentrations élevées

de charges positives et négatives à des distances de plu-

sieurs mètres de la buse 84 avant que les ions ainsi

1é.brés ne se recombinent.

On a constaté toutefois qu'un éliminateur d'électricité statique fonctionnant selon le principe rappelé précédemment avec un tel injecteur ne procurait souvent qu'une décharge imparfaite des corps électrisés placés dans la zone 90 et parfois, dans certains cas, était capable de charger ces derniers avec une polarité opposes à leur polarité initiale. Ces phénomènes résultent d'un déséquilibre entre

les concentrations en charges positives et en charges néga-

tives injectées dans la zone d'espace dans laquelle se trouve plongé le corps à décharger. En effet, si ce déséquilibre existe en faveur des charges de même signe que celles du corps à neutraliser, il est possible que toutes les charges portées par le corps ne puissent être neutralisées avant

que les phénomines de recombinaison ne reprennent le dessus.

Si, au contraire, le déséquilibre est en faveur des charges qui ont un signe opposé à celles du corps eélectrisée, celui-ci

peut se décharger puis se charger en sens contraire.

Un tel déséquilibre entre les concentrations de charges transférées hors de l'injecteur résulte d'une

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inégalité des rendements de la production en ions par les décharges corona positives et négatives successives au cours des alternances de la tension d'alimentation des électrodes constituées par la pointe 46 et le corps de tuyère 16 (figure 1). Ce rendement est déterminé par de très nombreux facteurs sur lesquels il est difficile d'agir de façon

directe afin de corriger les déséquilibres.

On s'est rendu compte qu'il était possible d'éliminer ce courant de déséquilibre en utilisant un dispositif d'injecteur analogue à celui de la figure 1 avec quelques modifications représentées de façon très schématique à

la figure 3.

Il comprend alors un tube d'injecteur 120 à l'extrémité duquel est montée une tuyère supersonique 122. Aucune buse n'est prévue à la sortie de cette tuyère. Au col 124 de la

tuyère 122 est disposée la pointe 125 d'une électrode-

aiguille 126 qui est reliée à une source de haute tension, constituée par le transformateur 64 de la figure 1, par l'intermédiaire d'un condensateur C 130. Contrairement à la réalisation de la figure 1, le corps de tuyère 122 est

composé d'une matière isolante, par exemple une résine syn-

thétique à l'intérieur de laquelle est noyé un anneau conduc-

teur ou anneau de garde métallique 132 relié à la masse par un conducteur 134, enrobé d'un revêtement 137 de résine isolante semblable à celle qui constitue le corps de tuyère 122 sur une partie au moins de son trajet à la terre ou à la masse. L'aiguille 126 est reliée au condensateur

C 130 par un conducteur 136, lui-même enrobé d'un isolant 138.

En fonctionnement, on a constaté que le dispositif schématiquement illustré par la figure 3, alimenté en

tension alternative sinusoïdale ou en créneaux rectangu-

laires avec une valeur de crête de 20 WV permettait d'obte-

nir un écoulement quasi simultané de charges de signes différents à la sortie de cette tuyère dont la charge

globale était rigoureusement nulle.

Dans l'application de ce dispositif à un éliminateur d'électricité statique, le flux de particules chargées émises à la sortie et dirigées vers une zone d'espace entourant un corps électrisé à décharger est globalement neutre. Un tel éliminateur permet d'obtenir la formation

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d'une très forte concentration de particules ionisées posi-

tives et négatives dans l'environnement du corps électrisé

qui reste tout à fait équilibrée au point de vue électrique.

Les essais effectués montrent que l'on obtient alors une décharge complète extrêmement rapide de corps électrisés portés à des potentiels de plusieurs dizaioes de milliers de volts. Par exemple, un corps chargé de 30 kV et placé à 3 m d'un injecteur alimenté dans les conditions décrites ci-dessus à propos de la figure 1 est d é c h a r g 6

dans un temps de l'ordre d'une seconde.

D'autres essais ont confirmé ces résultats. Ainsi, on place un corps métallique qui est frappé par le jet à

la sortie de l'injecteur de la figure 3 dans une zone corres-

pondant à la zone 90 de la figure 2. Ce corps est relié à la masse par un conducteur dans lequel on monte en série un galvanomètre ultra sensible pour détecter le passage éventuel d'un courant. On constate qu'aucun courant décelable ne traverse ce galvanomètre, ce qui est bien l'indication que le bilan des charges captées par le corps conducteur est effectivement nul. En effet, si on renouvelle la même expérience avec un injecteur du type décrit à la figure 1, c'est-à-dire ne comportant ni un condensateur tel que C 130 pour l'alimentation de l'aiguille 46 ni une tuyère dont la surface en regard de la pointe 48 de l' é l e c t r o d e 46 est isolante, on décèle en général un courant continu non négligeable dû au déséquilibre entre les flux de

charges positives et négatives qui frappent le corps.

En fonctionnement, le dispositif-à tuyère isolante de la figure 3 voit le condensateur C 130 se charger à un potentiel relativement faible, soit par exemple-de quelques centaines de volts. Si le corps électrisé à décharger est placé à distance relativement proche de la buse d'éjection

de l'injecteur, on constate qu'il maintient un niveau de poten-

tiel au plus égal à celui de la pointe 126. Ce niveau de potentiel d'électrisation de l'ordre de 500 volts est tout à fait sans danger si on sait que les potentiels d'électri-

sation des corps que l'on cherche à décharger à l'aide de la présente invention peuvent couramment atteindre plusieurs dizaines de kilo volts. On constate que, lorsqu'on éloigne

le corps de la sortie de l'injecteur, le niveau de ce poten-

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tiel continu sur le corps baisse très sensiblement.

Pour certaines applications, on souhaite cependant ré-

duire le potentiel résiduel du corps placé à distance pour l'amener,à un niveau électrique rigoureusement neutre. Un mode de réalisation de l'invention prévoit alors des moyens complémentaires de mesurer le potentiel du corps par rapport à une masse de référence et des moyens d'agir sur la valeur de la tension continue de la pointe 126 pour asservir le potentiel électrique du corps à celui de la

1o masse de référence.

On peut tenter d'expliquer la remarquable neutralité globale du flux de charges électriques transféré hors du

dispositif éliminateur en constatant qu'aucun courant élec-

trique continu ne peut circuler entre la pointe 125 de l'aiguille 126 et le corps de tuyère 122. Le champ électrique en chaque point de l'espace entre ces deux éléments, qui provoque la décharge corona alternative au col de la tuyère,

présente des alternances positives et négatives dissymétri-

ques. La différence d'amplitude entre ces alternances corres-

pond à une composante de tension continue entre les armatures du condensateur C 130. Cette composante continue agit comme une polarisation tenant à compenser la dissymétrie entre les courants de charges produits par les alternances de signes opposés du système. En effet, on a indiqué précédemment que le rendement de production ionique des décharges corona de chaque signe dépend de la tension appliquée entre les électrodes entre lesquelles se produit cette décharge. Par le circuit selon l'invention, on réalise un déséquilibre entre la tension d'alimentation de la décharge positive et celle de la décharge négative pour égaliser automatiquement les rendements en particules des deux signes. -A l'équilibre, toute composante continue qui tendrait à naître dans le

courant de charges transmis par l'aiguille 126 sous l'in-

fluence d'un déséquilibre de ces rendements se traduit par une action de charge ou décharge du condensateur 130 qui vient compenser la tension d'alimentation de décharge corona

dans un sens qui tend à supprimer ce déséquilibre des rende-

ments de production de charges.

Si, par exemple, un déséquilibre tend à se manifester dans le sens d'une augmentation du courant d'ions positifs, 1 A.4 2492212 i il en rèsulte une composante continue de courant dans le

circuit de l'aiguille 126 qui tend à décharger le condensa-

teur C 130, si celui-ci était chargé positivement. La tension aux bornes du condensateur C 130 tend alors à baisser et la tension d'alimentation des électrodes au

cours des alternances positives tend également à -

s'abaisser en entraînant une réduction du rendement de

la production d'ions positifs qui compense le déséquilibre.

On peut compléter cette explication en considérant ce qui se passerait si la surface de la tuyère, au lieu d'etre isolante, était conductrice comme dans le cas de l'injecteur de la figure 1. La zone dlavalanche de la décharge corona joue alors le rôle d'une résistance entre

l'aiguille 126 et la surface,conductrice dans cette hypo-

thèse, de la tuyère 122. Tout déséquilibre entre les flux de charges positives et négatives se traduit par un courant qui, au lieu de charger ou décharger le condensateur C 130

jusqu'à ce qu'il s'annule, tend à circuler en court-

circuitant les armatures du condensateur C 130 à travers

la tuyère et la masse.

On pourrait alors penser à bloquer ce courant continu en plaçant, comme on l'a représenté dans le schéma de la figure 4, un condensateur C 131 entre une tuyère conductrice 122' et la masse. Cependant, l'expérience montre alors que les tensions aux bornes des deux condensateurs en C 130 et C 131 tendent à croître en restant égales jusqu'à atteindre des valeurs très élevées (plusieurs dizaines de kV, voire kV) dangereuses. En outre, on constate que le corps électrisé à décharger voit son potentiel augmenter dans des proportions analogues, ce qui est inacceptable pour

un éliminateur.

On peut, en effet, observer que les deux condensateurs C130 et C131 conservent des niveaux de tension égaux à leurs bornes en raison de la liaison faiblement conductrice existant à travers la décharge couronne. Ainsi, les differences

de potentiel entre les électrodes 125 et 122 à chaque alter-

nance et les causes de desequilibre qui y sont attachées

ne sont pas modifiées par les condensateurs C 130 et C 131.

Dans le mode de réalisation de la figure 3, le matériau isolant sur la surface interne 124 de la tuyère constitue 2 4 9z 2 12 une résistance de valeur infinie entre la pointe 125 et le conducteur de l'anneau de garde 132 (qui constitue la deuxième électrode proprement dite), tout en laissant agir le champ électrique. La distance entre cet anneau 132 et la surface de la tuyère résulte d'un compromis propre à éviter les claquages dudit revêtement isolant, toat en permettant d'obtenir un champ électrique suffisant et sans nécessiter des tensions prohibitivement élevées. La

couche d'isolant 137 enfermant le conducteur 134 est des-

* tinée à empêcher l'établissement de trajets de courants t parasites entre la pointe 125 et le conducteur de masse 134. De la meme façon, l'isolant 138 est destiné à éviter la formation de courants parasites entre le conducteur 136 chargé à un potentiel continu comme il a été expliqué, et

le reste du corps 120 de l'injecteur.

La capacité du condensateur C 130 est déterminée à une valeur relativement faible de façon à limiter son niveau de charge électrique lorsqu'il est, en fonctionnement, porté à un potentiel de polarisation d'environ quelques centaines de volts. En effet, lorsqu'on déclenche la décharge corona, tout déséquilibre existant entre la production d'ions par les alternances positive et négative crée un courant continu qui s'atténue progressivement, en-chargeant le condensateur C 130, jusqu'à ce que les flux de charges négatives et positives soient égaux. Une partie de ce courant continu frappe le corps électrisé à décharger et peut lui communiquer une charge résiduelle éventuelle au maximum égale à celle qu'acquiert le condensateur C 130. Il est préférable d'adopter une valeur de capacité relativement faible pour ce dernier condensateur afin de limiter la charge résiduelle éventuelle

du corps électrisé. L'expérience montre qu'en pratique celle-

ci peut être limitée à quelques 100 pF.

Pour les applications dans lesquelles on souhaite aboutir

à un état électrique du corps rigoureusement neutre, on éli-

mine la charge résiduelle au moyen d'un dispositif électro-

nique comprenant des moyens de mesurer le potentiel électrique du corps et des moyens d'agir sur le potentiel de la pointe

126 par rapport à la masse de référence. Le potentiel élec-

trique du corps 140 (figure 5) est mesuré au moyen d'un appareil connu de mesure de champ électrique 141 relié à

?4 9.212

à la masse de référence et le signal produit est utilisé pour modifier le. potentiel par rapport à la masse de la pointe 126 afin de ramener, ou maintenir, le corps 140 à l'état électriquement neutre. -A cet effet, un amplificateur 142, relié à la sortie de l'appareil 141 délivre une tension continue qui est de signe opposé au potentiel résiduel du corps 140 et que l'on applique soit sur l'anneau (figure 5)

soit à l'extrémité de l'enroulement secondaire du transfor-

mateur 64 (figure 7) ou encore à l'entrée d'un condensateur de liaison 143 dont la sortie est connectée à la pointe 126 (figure 6). En variante (figure 8), le signal délivré par l'amplificateur 142 commande une variation de l'amplitude de la tension alternative qui est appliquée à l'enroulement

primaire du transformateur 64.

Un dispositif tel que celui qui vient d'être décrit offre la possibilité de transporter un flux de charges

électriques de signes différents sur'des distances relative-

ment grandes (plusieurs mètres) ce qui, comme on l'a expliqué

précédemment, peut être intéressant dans certaines applica-

tions aux éliminateurs d'électricité statique, notamment pour des corps sous forme diffuse ou pulvérulente. En outre, en raison à la fois de cette grande distance et surtout du fait que l'intérieur de l'enceinte définie par le corps de l'injecteur se trouve pratiquement isolé de la zone d'espace considérée par le jet gazeux qui s'en échappe, aucun risque de contact entre une atmosphère explosive dans cette zone d'espace et la décharge couronne à l'intérieur de cette enceinte n'est à craindre. On peut d'ailleurs prévoir, conformément à une caractéristique supplémentaire de l'invention, d'établir un interrupteur (figure 1) sur le circuit d'alimentation électrique du dispositif de décharge couronne qui fonctionne en réponse au signal de sortie 113 d'un pressostat 112 placé sur la

conduite d'alimentation 55 de l'injecteur en air comprimé.

De cette façon, les électrodes propres à produire la

décharge corona ne peuvent être mises sous tension que lors-

que l'air comprimé est admis dans l'injecteur et s'en échappe à grande vitesse par la buse 32. En outre, aucun arc électrique ne peut s'établir entre la pointe métallique

telle que 125 et la terre, en raison de la tuyère isolante.

17 2491:212

On a constaté, en outre, qu'avec des injecteurs du type décrit précédemment, on n'obtenait, de façon surprenante, pratiquement aucun dégagement d'ozone dans l'atmosphère extérieure à l'éliminateur, ce qui présente des avantages dans certaines applications. Enfin, et de façon essentielle, le dispositif dont le principe est représenté schématiquement à la figure 3 permet d'obtenir une élimination extrêmement rapide des décharges électrostatiques d'un corps à neutraliser pour les ramener à un niveau de potentiel ne présentant pas

de danger.

174 9 , 2 12

Claims (20)

REVENDICATIONS

1. Procédé pour élever la concentration en charges

électriques d'une zone d'espace mettant en oeuvre une dé-

charge en couronne de polarité alternativement positive et négative dans un milieu gazeux, caractérisé en ce qu'on provoque la formation d'une telle décharge en couronne a l'intérieur d'une enceinte (22) dans laquelle on détend un courant de gaz comprimé chargé d'une substance propre

à changer de phase sous l'effet du refroidissement occa-

sionné par la détente de façon à former, par condensation de la substance sur les ions positifs et négatifs produits par la

décharge en couronne, un aérosol de microparticules non gazeu-

ses de ladite substance, qui sont entraînées par le courant de gaz détendu hors de l-a d i t e e n c e i n t e v e r s 1 a

zone d'espace.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour équilibrer électriquement les flux de charges positives et négatives produits vers cette zone d'espace,

on détecte un déséquilibre entre le courant de charges posi-

tives et le courant de charges négatives et on modifie la tension de décharge en couronne en réponse au déséquilibre détecté.

3. Gé.nérateur de charges électriques de signes différents dans une zone d'espace, du type comprenant une première et

une deuxième électrodes (46, 16; 126, 122, 132) entre les-

quelles peut être établie une différence de potentiel pour provoquer une décharge par effet couronne dans un milieu gazeux,

une enceinte à l'intérieur de laquelle sont montées les-

dites première et deuxième électrodes.

des moyens (18, 122) propres à détendre entre la première

et la deuxième électrode un gaz comprimé chargé d'une subs-

tance propre à se condenser sous l'effet du refroidissement

occasionné par cette détente pour former un aérosol de micro-

particules, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'alimentation électrique (64) pour établir une tension alternative entre ces électrodes en vue de provoquer la formation quasi simultanée d'ions positifs et négatifs propres à être piégés par les microparticules respectives pour être

19 249 12

éjectés vers la dite zone d'espace à la sortie de cette enceinte.

4. Générateur selon la revendication 3, caractérisé

en ce qu'il comprend une buse (32) pour faciliter l'éjec-

tion du gaz détendu vers la zone d'espace à la sortie de cette enceinte, en y entraînant lesdites microparticules chargées.

5. Générateur selon l'une quelconque des revendications

3 ou 4, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation comprennent des moyens (C 130; 124) propres à empêcher la formation d'une composante continue du courant électrique

formé par les charges entraînées hors de l'enceinte.

6. Générateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens propres à empêcher la formation de composante continue comportent un condensateur (C 130), entre

la première et la deuxième électrode.

7. Générateur selon l'une des revendications 5 ou 6,

caractérisé en ce que lesdits moyens propres à empncher la formation de composante continue comportent un moyen d'isolation électrique de la surface (124) de la deuxième électrode.

8. Générateur de charges électriques de signes différents dans une zone d'espace du type comprenant: une enceinte propre à recevoir un g a z s o u s pression et chargé d'une substance propre à se condenser sous l'effet du refroidissement occasionné par une détente, un corps limitant une tuyère supersonique (122) dans cette enceinte pour détendre le gaz sortant de cette enceinte, une électrode (126) effilée dont la pointe (125) est située à proximité du col de la tuyère; caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, des moyens (134, 136) propres à raccorder électriquement cette électrode effilée et le corps de la tuyère à une source de tension alternative pour produire une décharge par effet couronne dans le gaz entre ladite électrode et la tuyère, et en ce que la surface (124) de ladite tuyère à l'intérieur de

l'enceinte est électriquement isolante.

9. Générateur selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte une buse (32) à la sortie de la tuyère

249 212

pour éjecter le gaz détendu hors de l'enceinte.

10. Générateur selon l'une quelconque des revendications

8 ou 9, caractérisé en ce que les moyens pour raccorder l'électrode effilée (126) à la source de tension alternative (64) comprennent un condensateur (C 130).

11. Générateur selon la revendication 10, caractérisé en ce que le corps de la tuyère (122) est composé d'un matériau isolant dans lequel est disposé un conducteur

(132) raccordé à la masse.

12. Générateur selon la revendication 11, caractérisé en ce que le conducteur est un anneau métallique (132)

coaxial à ladite tuyère enrobé dans le matériau isolant.

13. Générateur selon l'une quelconque des revendications

8 à 12, caractérisé en ce que les moyens pour raccorder le

corps de la tuyère à la source de tension alternative com-

prennent un conducteur (136) isolé sur une partie au moins

de sa longueur à partir de la tuyère.

14. Générateur selon l'une quelconque des revendications

4 à 13, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen (112) sensible à la pression de gaz admis dans l'enceinte et des moyens (110) propres à interdire l'alimentation électrique de la décharge tant que ce moyen sensible à la pression

n'a pas détecté un seuil de pression de gaz prédéterminé.

15. Générateur selon la revendication'll, caractérisé

en ce qu'il comprend des moyens (141) pour xmesurer le -

potentiel de la charge d'espace, des moyens pour engendrer une tension continue de signe opposée et des moyens pour modifier le potentiel de l'électrode effilée (126) en fonction de cette tension continue pour amener la zone d'espace à un

état neutre.

16. Générateur selon la revendication 15, caractérisé en ce que les moyens pour modifier le potentiel de l'électrode affilée (126) comportent un condensateur (143) relié à ladite électrode.

17. Générateur selon la revendication 16, caractérisé en ce que les moyens pour modifier le potentiel de l'électrode effilée (126) sont interposés entre le conducteur (132) et

la masse.

18. Générateur selon la revendication 17, caractérisé en ce que les moyens pour modifier le potentiel de l'électrode

I',49?7I 12

effilée (126) sont interposés entre la source de tension

électrique et la masse.

19. Procédé d'élimination de charges électriques d'un

corps électrisé, caractérisé en ce qu'on élève la concen-

tration de l'espace environnant ce corps en charges élec- triques positives et négatives en y injectant un flux de charges électriques de signes différents, globalement

neutre, par un procédé selon l'une des revendications 1

ou 2.

20. Procédé d'élimination de charges électriques d'un

corps électrisé, caractérisé en ce qu'on élève la concentra-

tion de l'espace environnant ce corps en charges électriques de signes différents en y injectant un flux de charges électriques de signes différents, globalement neutre, à

l'aide d'un générateur selon l'une quelconque des reven-

dications 3 à 18.

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